Chińscy naukowcy sfilmowali piorun kulisty
: sob sty 18, 2014 3:43 pm
Chińscy naukowcy jako pierwsi zbadali piorun kulisty w naturze
Z pomocą przyszedł im przypadek. Filmowali zwykłe wyładowania atmosferyczne i spektrografami analizowali ich błyski, gdy w polu widzenia kamery pokazała się jasna kula o średnicy 5 metrów. Uniosła się i popłynęła w powietrzu...
Jianyong Cen, Ping Yuan i Simin Xue z Northwest Normal University rejestrowali wyładowania elektryczne na Wyżynie Tybetańskiej za pomocą ultraszybkiej kamery (3 tys. zdjęć na sekundę) oraz spektrografów o wysokiej rozdzielczości spektralnej. W 2012 roku po jednym z wyładowań w odległości mniej więcej 900 metrów pojawiła się świecąca kula o średnicy 5 m (taki był rozmiar zarejestrowanego na filmie blasku, sam świecący obiekt mógł być o wiele mniejszy).
Kula wyłoniła się - relacjonują fizycy - wprost z gruntu, przeleciała mniej więcej 5 metrów, nieco się uniosła i pokonała jeszcze 15 metrów, po czym zniknęła. Całe zjawisko trwało nie dłużej niż 1,5 sekundy.
Teraz w "Physical Review Letters" Chińczycy publikują rezultaty swych badań.
Mieli niezwykłe szczęście. Do tej pory mieliśmy do czynienia tylko z relacjami przygodnych świadków, wśród których praktycznie nie było zawodowych fizyków. A próby wywołania piorunów kulistych w laboratorium miały dotychczas dość mizerne rezultaty. Zresztą, nikt nie był pewien, czy laboratoryjne namiastki pioruna są tym samym zjawiskiem, co w naturze. Dlatego przypadkowa obserwacja i pomiary chińskich badaczy są tak cenne. Mogą teraz służyć do odrzucania lub potwierdzania hipotez na temat tego tajemniczego zjawiska, których jest bez liku.
Poniżej - 1,3 sekundy z ich nagrania, na którym widać piorun kulisty (jasna, nieco rozmazana kula z lewej strony). Odtwarzanie jest spowolnione, żeby można było się przyjrzeć, jak się zmienia blask i barwa świecącej kuli. Po jej prawej stronie pokazane jest widmo światła ze spektrometru. Warto uprzedzić, że nie jest to spektakularny obraz, ale piorun był dość daleko, a poza tym chińscy naukowcy nie zamierzali dostać za ten film Oskara. Badali własności światła z wyładowań elektrycznych i pod tym kątem dobrali swą aparaturę.
Chińczycy skrupulatnie odnotowali, że kula była najpierw jasno purpurowo-biała, potem zmieniła kolor na pomarańczowy, biały i w końcu czerwony. Co ważne, spektrografy pozwoliły zbadać widmo jej światła, tj. rozłożyć je na częstotliwości składowe. Widać m.in. wyraźne linie emisyjne krzemu, żelaza i wapnia, czyli... głównych składników gleby. Co to może oznaczać?
Badacze sądzą, że to potwierdza hipotezę, którą postawili kilkanaście lat temu fizycy z Nowej Zelandii - John Abrahamson i James Dinniss z Uniwersytetu Canterbury. W roku 2000 w tygodniku "Nature" spekulowali, że w narodzinach pioruna kulistego kluczową rolę odgrywa piasek. Czasem po uderzeniu zwykłego pioruna w grunt powstają podobne do stopionego szkła tzw. fulguryty stopionej krzemionki. Zdaniem nowozelandczyków w sprzyjających okolicznościach - w temperaturze sięgającej tysięcy stopni - z krzemionki może się uwolnić chmura czystego krzemu. W powietrzu zaczyna się ona z powrotem utleniać do krzemionki i dlatego obłok zaczyna świecić.
Proces ten może być wybuchowy lub powolny. Dlaczego? Gdy krzem stygnie, lubi zlepiać się w długie paciorki i nitki nanocząstek. Nowozelandczycy sugerowali, że piorun kulisty jest wielkim, puchatym kłębkiem nanocząstek krzemu, prawie tak lekkim jak powietrze. Gdy jego zewnętrzne warstwy się utleniają, wolniej przepuszczają do środka tlen i dlatego zjawisko może trwać długo, nawet minutę. Czasem jednak kula może się tak bardzo rozgrzać, że krzemowe drobinki gwałtownie utlenią się w całej objętości i nastąpi eksplozja. Obliczenia wskazywały też, że barwa takiej kuli może się zmieniać w zależności od domieszek różnych substancji zawartych w glebie.
Ta hipoteza świetnie wyjaśnia więc cechy pioruna, który teraz zbadali Chińczycy. Ale nie pasuje do wszystkich relacji - np. tych, w których pioruny wyłaniały się z gniazdek elektrycznych, pojawiały się w zamkniętych pomieszczeniach albo bardzo wysoko nad ziemią, wewnątrz samolotu. Trudno to wyjaśnić stopieniem i wyparowaniem brudnego piasku.
Z pewnością więc obserwacja chińskich fizyków nie rozjaśnia całej tajemnicy. Być może pod jedną nazwą pioruna kulistego kryje się wiele różnych zjawisk, a teraz udało się wyśledzić i wyjaśnić tylko jedno z nich.
Chińczycy zauważyli także, że jasność kuli pulsowała z częstotliwością 100 Hz. Dlaczego? Niedaleko miejsca, gdzie się piorun narodził, znajdowała się linia wysokiego napięcia, a częstotliwość prądu w sieci wynosi 50 Hz - badacze podejrzewają, że ta modulacja jasności miała z tym jakiś związek, choć nie mają pojęcia, jaki. http://wyborcza.pl/1,75248,15294411,Chinscy_naukowcy_jako_pierwsi_zbadali_piorun_kulisty.html
Z pomocą przyszedł im przypadek. Filmowali zwykłe wyładowania atmosferyczne i spektrografami analizowali ich błyski, gdy w polu widzenia kamery pokazała się jasna kula o średnicy 5 metrów. Uniosła się i popłynęła w powietrzu...
Jianyong Cen, Ping Yuan i Simin Xue z Northwest Normal University rejestrowali wyładowania elektryczne na Wyżynie Tybetańskiej za pomocą ultraszybkiej kamery (3 tys. zdjęć na sekundę) oraz spektrografów o wysokiej rozdzielczości spektralnej. W 2012 roku po jednym z wyładowań w odległości mniej więcej 900 metrów pojawiła się świecąca kula o średnicy 5 m (taki był rozmiar zarejestrowanego na filmie blasku, sam świecący obiekt mógł być o wiele mniejszy).
Kula wyłoniła się - relacjonują fizycy - wprost z gruntu, przeleciała mniej więcej 5 metrów, nieco się uniosła i pokonała jeszcze 15 metrów, po czym zniknęła. Całe zjawisko trwało nie dłużej niż 1,5 sekundy.
Teraz w "Physical Review Letters" Chińczycy publikują rezultaty swych badań.
Mieli niezwykłe szczęście. Do tej pory mieliśmy do czynienia tylko z relacjami przygodnych świadków, wśród których praktycznie nie było zawodowych fizyków. A próby wywołania piorunów kulistych w laboratorium miały dotychczas dość mizerne rezultaty. Zresztą, nikt nie był pewien, czy laboratoryjne namiastki pioruna są tym samym zjawiskiem, co w naturze. Dlatego przypadkowa obserwacja i pomiary chińskich badaczy są tak cenne. Mogą teraz służyć do odrzucania lub potwierdzania hipotez na temat tego tajemniczego zjawiska, których jest bez liku.
Poniżej - 1,3 sekundy z ich nagrania, na którym widać piorun kulisty (jasna, nieco rozmazana kula z lewej strony). Odtwarzanie jest spowolnione, żeby można było się przyjrzeć, jak się zmienia blask i barwa świecącej kuli. Po jej prawej stronie pokazane jest widmo światła ze spektrometru. Warto uprzedzić, że nie jest to spektakularny obraz, ale piorun był dość daleko, a poza tym chińscy naukowcy nie zamierzali dostać za ten film Oskara. Badali własności światła z wyładowań elektrycznych i pod tym kątem dobrali swą aparaturę.
Chińczycy skrupulatnie odnotowali, że kula była najpierw jasno purpurowo-biała, potem zmieniła kolor na pomarańczowy, biały i w końcu czerwony. Co ważne, spektrografy pozwoliły zbadać widmo jej światła, tj. rozłożyć je na częstotliwości składowe. Widać m.in. wyraźne linie emisyjne krzemu, żelaza i wapnia, czyli... głównych składników gleby. Co to może oznaczać?
Badacze sądzą, że to potwierdza hipotezę, którą postawili kilkanaście lat temu fizycy z Nowej Zelandii - John Abrahamson i James Dinniss z Uniwersytetu Canterbury. W roku 2000 w tygodniku "Nature" spekulowali, że w narodzinach pioruna kulistego kluczową rolę odgrywa piasek. Czasem po uderzeniu zwykłego pioruna w grunt powstają podobne do stopionego szkła tzw. fulguryty stopionej krzemionki. Zdaniem nowozelandczyków w sprzyjających okolicznościach - w temperaturze sięgającej tysięcy stopni - z krzemionki może się uwolnić chmura czystego krzemu. W powietrzu zaczyna się ona z powrotem utleniać do krzemionki i dlatego obłok zaczyna świecić.
Proces ten może być wybuchowy lub powolny. Dlaczego? Gdy krzem stygnie, lubi zlepiać się w długie paciorki i nitki nanocząstek. Nowozelandczycy sugerowali, że piorun kulisty jest wielkim, puchatym kłębkiem nanocząstek krzemu, prawie tak lekkim jak powietrze. Gdy jego zewnętrzne warstwy się utleniają, wolniej przepuszczają do środka tlen i dlatego zjawisko może trwać długo, nawet minutę. Czasem jednak kula może się tak bardzo rozgrzać, że krzemowe drobinki gwałtownie utlenią się w całej objętości i nastąpi eksplozja. Obliczenia wskazywały też, że barwa takiej kuli może się zmieniać w zależności od domieszek różnych substancji zawartych w glebie.
Ta hipoteza świetnie wyjaśnia więc cechy pioruna, który teraz zbadali Chińczycy. Ale nie pasuje do wszystkich relacji - np. tych, w których pioruny wyłaniały się z gniazdek elektrycznych, pojawiały się w zamkniętych pomieszczeniach albo bardzo wysoko nad ziemią, wewnątrz samolotu. Trudno to wyjaśnić stopieniem i wyparowaniem brudnego piasku.
Z pewnością więc obserwacja chińskich fizyków nie rozjaśnia całej tajemnicy. Być może pod jedną nazwą pioruna kulistego kryje się wiele różnych zjawisk, a teraz udało się wyśledzić i wyjaśnić tylko jedno z nich.
Chińczycy zauważyli także, że jasność kuli pulsowała z częstotliwością 100 Hz. Dlaczego? Niedaleko miejsca, gdzie się piorun narodził, znajdowała się linia wysokiego napięcia, a częstotliwość prądu w sieci wynosi 50 Hz - badacze podejrzewają, że ta modulacja jasności miała z tym jakiś związek, choć nie mają pojęcia, jaki. http://wyborcza.pl/1,75248,15294411,Chinscy_naukowcy_jako_pierwsi_zbadali_piorun_kulisty.html